在過去的十年中，廉價的傳感器、圖像捕捉、始終在線的無線連接、先進的3D可視化、地理信息系統(tǒng)(GIS)技術和建筑信息模型(BIM)使規(guī)劃者、設計師、建筑商和設施所有者，能夠創(chuàng)建一個我們的基礎設施的智能神經系統(tǒng)。這種集成的技術網絡改變了建筑、工程和施工(AEC)專業(yè)人員的工作方式以及決策方式。這種向始終在線的即時信息的轉變，使他們能夠在定義基礎設施需求的前提下，知道何時何地該做什么。其結果是，該行業(yè)可以開發(fā)下一代建筑世界，并更有效地操作這些結構。
智能基礎設施的構建模塊
傳感器
得益于建筑師、工程師、施工人員和設施經理所采用的多種功能，智能基礎設施已從概念變?yōu)楝F(xiàn)實，其中最重要的是大量廉價傳感器和物聯(lián)網設備。這些設備無處不在，對于所有類型結構中的數(shù)據收集至關重要。它們?yōu)轫椖繄F隊提供有關結構條件、溫度、濕度、空氣質量和交通運動的實時、精細的數(shù)據。
實時數(shù)據有助于優(yōu)化施工進度和基礎設施運營、提高效率并確保安全。在智能交通系統(tǒng)中，道路和車輛中的物聯(lián)網傳感器提供實時交通數(shù)據，用于重新規(guī)劃路線和擁堵管理。這些傳感器的經濟性和可擴展性允許廣泛實施，從而在構建階段和運營期間實現(xiàn)基礎設施監(jiān)控。
圖像捕捉
高質量攝像頭通常與環(huán)境傳感器一起安裝，也改變了智能基礎設施。經濟實惠的攝像機在監(jiān)控和數(shù)據收集中隨處可見。這些攝像機記錄視頻并識別和跟蹤物體。在施工過程中使用，監(jiān)視工人在一個本質上不安全的環(huán)境中，并發(fā)出警報和警告，當他們可能跌倒，或有被物體擊中的危險。
這些相機與無人機、固定翼飛機和收集圖像的衛(wèi)星相結合，正在改變我們的建造方式。智能建筑工地、智能建筑和智能城市使用圖像來監(jiān)控設備、人員和交通的移動，以發(fā)現(xiàn)事故并通過實時檢測事件來提高安全性。圖像可幫助項目經理監(jiān)控工業(yè)環(huán)境中的關鍵設備和質量控制。可視化監(jiān)控基礎設施，特別是與傳感器和模型相結合，可以為許多項目利益相關者提供完整的環(huán)境圖景，從而改善決策和解決問題。
無線通信
在2010年代末的4G和2020年代初的5G的推動下，工業(yè)環(huán)境中始終在線的無線互聯(lián)網一直在推動智能基礎設施革命。這些無線網絡支持傳感器、物聯(lián)網設備和攝像頭的實時數(shù)據傳輸，以連接到建筑工地基于GIS的位置智能中央控制系統(tǒng)。這些類型的基礎設施項目管理系統(tǒng)需要持續(xù)的連接，而這需要我們所依賴的始終在線的無線功能來實現(xiàn)。由物聯(lián)網傳感器、攝像頭和易于訪問的無線連接組成的集成生態(tài)系統(tǒng)，在各個項目和跨基礎設施部門中實現(xiàn)了數(shù)據驅動的決策和自動化。
高級2D和3D
2D和3D設計和建模工具中的先進參數(shù)化功能，在一定程度上推動了智能基礎設施的發(fā)展。這些現(xiàn)代軟件工具通過連接和消除沖突的圖紙和模型，有效地創(chuàng)建詳細的2D和3D基礎設施表示。這些數(shù)字工件在整個項目生命周期中不斷發(fā)展，使利益相關者可以在施工前評估項目的可行性和問題。圖紙?zhí)峁┝隧椖康目勺R別描述和示意圖，而模型則可以實現(xiàn)精確的項目生命周期監(jiān)控和決策。將物聯(lián)網和傳感器數(shù)據添加到2D和3D模型中，可以實現(xiàn)實時監(jiān)控、預測性維護和基礎設施優(yōu)化模擬。
BIM：模型、建模和管理
BIM結合了各種建筑和基礎設施項目的幾何數(shù)據和設計屬性。它需要生成建筑物、道路、公用設施或其他項目類型的3D模型，并提供有關設計、施工、維護和運營的詳細數(shù)據。BIM通過提供幾何精確的框架，幫助利益相關者協(xié)作并將物聯(lián)網設備和傳感器集成到基礎設施中。
BIM模型中的豐富數(shù)據可實現(xiàn)詳細監(jiān)控和預測性維護，使基礎設施更安全、更具可持續(xù)性和彈性。智能基礎設施范例依賴BIM、物聯(lián)網和傳感器數(shù)據來創(chuàng)建和管理基礎設施。與地理信息系統(tǒng)相結合，系統(tǒng)和信息的聚合成為一個位置感知、環(huán)境感知、實時的建筑和自然世界的儀表板。
實景捕捉和繪圖
實景捕捉和繪圖技術與GIS(地理信息系統(tǒng))一起，通過提高精度、效率和揭示可持續(xù)性問題，正在推進智能基礎設施的發(fā)展。這些技術正在改變基礎設施數(shù)據收集，確保無與倫比的準確性。激光掃描和攝影測量等實景捕捉工具可提高施工、改造和設施管理工作流程的精度。即使是微小的差異也可能導致成本高昂的返工和效率低下，因此準確的數(shù)據收集至關重要。GIS與這些系統(tǒng)的集成通過實現(xiàn)與實際環(huán)境緊密匹配的位置正確表示，增強了智能基礎設施，改善了整個設施生命周期的決策和操作。
GIS和位置智能
GIS被證明是這些系統(tǒng)的集合體，它們產生的數(shù)據，以及對智能基礎設施項目的看法。GIS利用上述技術收集和呈現(xiàn)的數(shù)據，幫助項目團隊根據地理、資源和環(huán)境影響來選擇和評估站點。GIS幫助建筑專業(yè)人士可視化景觀并仔細規(guī)劃結構布局，將建筑環(huán)境與自然融為一體。利用這種基于位置的方法有助于規(guī)劃道路、火車和管道路線。它可以讓建筑規(guī)劃人員檢查規(guī)劃路線沿線的地形和環(huán)境變量，以選擇最高效、最環(huán)保的選項。
GIS可以通過識別影響施工和緩解的理想地形、洪泛平原、交通狀況、天氣模式或環(huán)境敏感地點來幫助修建新道路。將這些環(huán)境感知功能與物聯(lián)網傳感器、2D圖紙和3D模型以及建筑機械數(shù)據相結合，可以實現(xiàn)建筑工地的實時地理空間分析。這可以監(jiān)控和優(yōu)化施工作業(yè)，以提高效率、安全性和資源管理。項目經理可以在建筑設備上使用地理感知物聯(lián)網傳感器來實時跟蹤燃料消耗、位置和性能，以提高生產力和成本。
實景捕捉和GIS技術為施工實時監(jiān)控提供了基礎。隨著構建任務和工作流的進展，項目經理可以快速識別并糾正計劃差異。GIS支持的實景捕捉有助于快速、廉價地識別施工差異，而不會混淆掃描的環(huán)境。為了按時并在預算范圍內執(zhí)行項目，實時監(jiān)控可為項目團隊提供準確的最新信息、簡化決策并節(jié)省時間和資源。BIM、GIS和實景捕捉相結合，可生成用于設施管理的基礎設施數(shù)字孿生。
這種類型的數(shù)字孿生為設施管理者提供了完整的資產視角，以進行有效的維護規(guī)劃、資源分配和基礎設施管理。設施管理中的GIS和實景捕捉可降低運營成本、提高可持續(xù)性，并展示GIS技術在智能基礎設施中的重要性。
智能基礎設施的影響
基于BIM、物聯(lián)網傳感器、圖像和GIS的智能基礎設施已經改變了我們生活的許多方面，包括：
提高效率
BIM與GIS一起提高基礎設施項目的效率。BIM精確的3D模型，結合GIS空間數(shù)據集成，展示了項目從概念到完成的全過程。BIM與GIS技術相結合，通過提供準確、完整的圖片來改進項目規(guī)劃，從而提高效率。項目團隊可以在開始使用這些3D模型進行構建之前發(fā)現(xiàn)并修復故障，從而最大限度地減少成本高昂的返工。這些積極措施在GIS的支持下，減少浪費并優(yōu)化資源分配，確保項目按時在預算內完成。BIM和GIS集成驅動的項目執(zhí)行效率可節(jié)省資金并提高生產力。
提高安全性
基礎設施和施工安全至關重要。物聯(lián)網傳感器、攝像頭和BIM模型的集成，通過GIS的增強，提供了完整的項目現(xiàn)場視圖。戰(zhàn)略性定位的物聯(lián)網傳感器與GIS技術的空間數(shù)據分析功能相結合，捕獲有關環(huán)境條件、設備性能和工人移動的實時數(shù)據。
BIM模型與GIS技術相結合，包含這些數(shù)據，使項目經理能夠實時監(jiān)控現(xiàn)場安全。該系統(tǒng)可以快速指示設備故障和安全違規(guī)行為。這種技術與GIS軟件的支持相結合，可以防止事故發(fā)生挽救生命，并通過提供鳥瞰威脅的視角，創(chuàng)造更安全的工作場所。
環(huán)境效益
物聯(lián)網傳感器和BIM中的實景捕捉和繪圖，與GIS相結合，超越了項目管理，進入了環(huán)境監(jiān)測。物聯(lián)網傳感器測量能源使用、污染物和空氣質量。具有GIS功能的BIM模型可使用這些數(shù)據進行精確監(jiān)控和分析。我們現(xiàn)在可以以前所未有的精度跟蹤和管理環(huán)境影響。這有助于企業(yè)通過尋找改進領域來減少對環(huán)境的影響?；A設施計劃利用物聯(lián)網、BIM和GIS的力量，可以通過優(yōu)化能源使用、監(jiān)測排放和管理資源來幫助創(chuàng)造可持續(xù)的未來。
數(shù)據決策
GIS支持的圖像和BIM模型為智能基礎設施提供支持，從而改變決策。城市規(guī)劃、治理和企業(yè)運營的決策者可以使用實時數(shù)據和豐富的模型來更好地了解整個項目。物聯(lián)網、BIM和GIS支持的數(shù)據密集型環(huán)境通過全面掌握當前狀況和趨勢，使決策更加有效和響應迅速。
城市規(guī)劃者借助GIS技術，利用實時數(shù)據優(yōu)化交通流量，以減少擁堵和污染物。數(shù)據可以為政府官員的資源分配和災難準備政策提供信息。企業(yè)通過物聯(lián)網、BIM和GIS利用實時數(shù)據，可以動態(tài)改變運營和供應鏈，以節(jié)省資金并提高效率。使用實時數(shù)據與GIS一起進行決策，可以提高不斷變化的世界中的質量和適應性。
節(jié)約成本
BIM模型和物聯(lián)網傳感器數(shù)據以及GIS集成可以節(jié)省資金。BIM與GIS相結合，使項目團隊能夠通過開發(fā)基礎設施項目的詳細3D表示來發(fā)現(xiàn)并修復規(guī)劃過程中的缺陷。由GIS支持的主動策略可減少成本高昂的返工、材料浪費和資源效率低下。通過物聯(lián)網傳感器和GIS分析來監(jiān)控設備性能和維護，可以節(jié)省成本。在GIS的幫助下，及早發(fā)現(xiàn)設備問題，可以進行預防性維護，消除昂貴的故障。在GIS的幫助下，利用實時數(shù)據優(yōu)化資源配置，還可以降低能源和資源成本，提高企業(yè)利潤。
提高生活質量
智慧城市和校園展示了將數(shù)據、硬件和通信系統(tǒng)與基礎設施集成到社會的好處。物聯(lián)網傳感器、BIM和實景捕捉等創(chuàng)新技術與GIS相結合，可以改善公共服務和生活質量。由GIS支持的智慧城市和校園擁有高效的交通系統(tǒng)，可以減少擁堵、交通流量和排放，從而改善空氣質量、增強可達性并減輕壓力。在基于位置的儀表板的支持下，數(shù)據驅動的決策改善了應急服務，確保了及時和高質量的響應和護理。這使社區(qū)更加便利、健康、安全，提高了市民的生活質量。
總結
過去十年見證了顯著的技術進步，為智能基礎設施時代鋪平了道路，特別強調BIM、物聯(lián)網傳感器、實景捕捉、地圖繪制和GIS等技術。這一轉型已經產生了巨大的效益，顯著提高了基礎設施項目的效率、安全性和可持續(xù)性。通過促進數(shù)據驅動的決策和位置智能，這些進步為更智能、更高效的基礎設施生態(tài)系統(tǒng)奠定了基礎。
展望未來幾年，建筑師、工程師、建筑商和基礎設施運營商的工作環(huán)境將在智能基礎設施領域取得更令人興奮的發(fā)展。隨著BIM、物聯(lián)網傳感器、實景捕捉、測繪和GIS集成的不斷發(fā)展，AEC專業(yè)人員可以期待項目準確性和效率的進一步提高。
這些技術的結合，特別是隨著5G網絡的日益普及，將實現(xiàn)實時數(shù)據處理和分析，從而使項目經理能夠做出更主動的響應，并增強業(yè)主/運營商的運營控制。隨著AEC(建筑、工程和施工)行業(yè)利用下一代技術，未來幾年將是智能基礎設施激動人心的時代。當先進的BIM、嵌入式傳感器、近乎真實的圖像捕獲和繪圖質量以及快速發(fā)展的GIS功能結合在一起時，我們一定會看到一個更明亮、更高效的建筑和自然世界。
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